Um pistão cilíndrico vertical de diâmetro de 10 cm gira no interior de um mancal de diâmetro de 10,005 cm. A folga entre o pistão e o mancal é preenchido com óleo de viscosidade dinâmica de
. Se o mancal tem um comprimento de 25 cm e o cilindro gira com a rotação de 1500 rpm, qual será o momento resistente à rotação? Obs: O momento resistente à rotação
será dado pelo produto da força resistente com o raio do pistão. Resposta: Mr=0,2 kgf.m
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um pistão cilíndrico que está girando dentro de um mancal, com uma folga preenchida por óleo. A gente precisa calcular o momento resistente à rotação, que basicamente é a força que o óleo exerce contra a rotação do pistão multiplicada pelo raio do pistão. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de viscosidade dinâmica e como o movimento do pistão interage com o óleo no mancal.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os dados que foram fornecidos:
- Diâmetro do pistão (D) = 10 cm
- Diâmetro do mancal = 10,005 cm
- Viscosidade dinâmica do óleo (μ) =
kgf·s/m² - Comprimento do mancal (L) = 25 cm
- Rotação do cilindro (N) = 1500 rpm
Passo 3
Vamos converter todos os valores para unidades do Sistema Internacional para facilitar os cálculos:
- Diâmetro do pistão (D) = 10 cm = 0,10 m
- Diâmetro do mancal = 10,005 cm = 0,10005 m
- Comprimento do mancal (L) = 25 cm = 0,25 m
- Rotação do cilindro (N) = 1500 rpm (rotações por minuto)
Passo 4
Agora, vamos encontrar o raio do pistão ® e do mancal. Como o diâmetro é 0,10 m, o raio será metade disso:
- Raio do pistão ® = D/2 = 0,10 m / 2 = 0,05 m
- Raio do mancal = 0,10005 m / 2 = 0,050025 m
Passo 5
A folga entre o pistão e o mancal (Δr) é a diferença entre os raios:
Passo 6
Precisamos converter a rotação de rpm para rad/s para usar na fórmula. Sabemos que:
Onde
é a velocidade angular em rad/s e
é a rotação em rpm.
Passo 7
Agora, usaremos a fórmula para o momento resistente à rotação (MR) em um mancal viscoso:
Substituindo os valores:
Passo 8
Simplificando a equação:
Resposta
Mr = 0,2 kgf·m
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